最近幾天上映的國產(chǎn)首部“硬科幻”電影《流浪地球》，可以說是拍出了科學知識，拍出了情懷，得到了觀影者的一致好評。《流浪地球》是根據(jù)著名科幻文學作家劉慈欣的同名小說改編的，在這部小說中，大劉用到了非常硬核的一些涉及物理學、天文學的知識。在這里，我為大家解讀一下。
1、重聚變發(fā)動機（重原子聚變發(fā)動機）
電影中最惹人注目的，就是這些重聚變發(fā)動機，高度達11公里，比珠峰朗瑪峰還高2.2公里。每臺發(fā)動機能提供150億噸的推力，而這樣的發(fā)動機在歐亞大陸和美洲大陸總共有一萬兩千臺（小說設定），總共能提供150萬億噸的推力。
重聚變，顧名思義，就是由重原子進行的核聚變。目前人類能做到的，還只是利用氫原子進行的不可控核聚變（氫彈）。而小說和電影中利巖石為主要燃料進行核聚變，則需要更大的溫度的壓強才能實現(xiàn)。我們地球上巖石的主要成分是“硅”。根據(jù)天文學的研究，大質(zhì)量恒星后期的聚變反應就是“重聚變”。從“硅”開始大質(zhì)量恒星“重聚變”過程是：硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56。在這個聚變過程中，釋放出大量的能量，比氫彈爆炸釋放的能量多太多了。
當然，核聚變走到鐵這一步，就不再釋放能量，而是吸收能量。所以重聚變最后產(chǎn)生的廢渣就是鐵。
正是有了重聚變發(fā)動機，才能讓“流浪地球”計劃成功，因為巖石在地球上到處都是，提供了無窮無盡的燃料。
然后，光有重聚變發(fā)動機還是不行的，必須還要應用到下面這項技術。
2、無工質(zhì)推進
“灼熱的颶風夾著滾燙的水沫，在林立的頂天立地的等離子光柱間瘋狂呼嘯” ---劉慈欣《流浪地球》
要知道，我們目前的火箭技術都是工質(zhì)推進。也就是火箭燃料在燃燒室內(nèi)經(jīng)過燃燒后向后噴出，讓火箭獲得一個反方向的推力。但是，我們不得不承認，這種方式的效率是非常低的，需要燃燒相當多的燃料，而且燃料本身的重量也要消耗火箭發(fā)射的能量。那么有沒有效率更高的發(fā)動機呢？
我們從高中物理學中學到：
m1v1=m2v2
通俗的講，就是火箭噴出物質(zhì)速度越快，火箭獲得的推力就越大，同時消耗的燃料就越少。那么無工質(zhì)發(fā)動機噴出的是什么呢？是電磁場加速后的等離子體，這種物質(zhì)的噴射速度最高能達到500公里每秒，在未來甚至更高，最高上限是30萬公里每秒。目前液體火箭噴射燃料的速度也不過4.5公里每秒。也就是說，同等條件下，無工質(zhì)推進是目前火箭發(fā)動機的100倍效率。
因此在無工質(zhì)推進的高效率之下，才能讓地球節(jié)省了這些巖石燃料。否則，按照常規(guī)推進模式，把半個地球當燃料燒了，也不夠這一萬兩千臺發(fā)動機把地球推動逃離太陽系。
3、霍曼轉移軌道
“地球的變軌加速就這樣年復一年地進行著。每當?shù)厍蛳蜻h日點升去時，人們的心也隨著地球與太陽距離的日益拉長而放松；而當它在新的一年向太陽跌去時，人們的心一天天緊縮起來。 ” ---劉慈欣《流浪地球》
在電影和小說《流浪地球》中，地球逃出太陽系，并不是跟扔標槍一樣一下子飛出去，而是采取了轉圈扔鐵餅的方式。先把地球繞太陽的公轉的軌道由圓形改為橢圓形，這里就牽扯到了霍曼轉移軌道的概念。
霍曼轉移軌道（Hohmann transfer orbit）是一種變換太空船軌道的方法，途中只需兩次引擎推進，相對地節(jié)省燃料。此種軌道操縱名稱來自德國物理學家瓦爾特·霍曼。
霍曼轉移軌道不是最省時間的方法，但卻是最省燃料的方法。而把地球軌道從圓形變成橢圓形，目的是為了獲得一個沖向木星的路徑和速度，以便利用木星的引力加速，最終逃出太陽系。
當然，像地球這么大的星體，僅進行一次橢圓軌道繞日是遠遠不夠的，在原著中，地球總共進行了15次橢圓形公轉，每次的橢圓形都比以前更扁一些，其目的還是為了節(jié)省燃料。
4、木星引力
“按照預定的航線，地球升向與木星的會合點。航行委員會的計劃是：地球第15圈的公轉軌道是如此之扁，以至于它的遠日點到達木星軌道，地球?qū)⑴c木星在幾乎相撞的距離上擦身而過，在木星巨大引力的拉動下，地球?qū)⒆罱K達到逃逸速度。 ” ---劉慈欣《流浪地球》
人類歷史上有過利用木星引力的先例，七十年代發(fā)射的旅行者一號和二號探測器，就是利用了木星的引力，最終達到了離開太陽系的逃逸速度。在原著中，質(zhì)量是地球318倍的木星，用引力將地球朝著自己拉扯過去，在這過程中地球獲得了一個很大的逃逸速度。但是人們擔心地球最終會和木星相撞。不過，請放心，在科研人員的精確計算之下，地球最終和木星擦肩而過，以更快的速度逃向太空深處。
5、氦閃
“我的眼睛突然什么都看不見了，幾秒鐘后，視力漸漸恢復，冰原、海岸和岸上的人群又在眼前慢慢顯影，最后完全清晰了，而且比剛才更清晰，因為這個世界現(xiàn)在籠罩在一片強烈的白光中，剛才我眼睛的失明正是由于這突然出現(xiàn)的強光的刺激。 但星空沒有重現(xiàn)，所有的星光都被這強光所淹沒，仿佛整個宇宙都被強光融化了，這強光從太空中的一點迸發(fā)出來，那一點現(xiàn)在成了宇宙中心，那一點就在我剛才盯著的方向。 太陽氦閃爆發(fā)了。 ” ---劉慈欣《流浪地球》
最最關鍵的知識點來了，氦閃。這種現(xiàn)象發(fā)生在0.8個到2.25個太陽質(zhì)量的恒星身上。當恒星內(nèi)部氫元素燃燒殆盡，導致氦元素在恒星的核心大量積累，密度增加。在外部壓力的作用下，氦元素以簡并態(tài)的方式存在著。當核心內(nèi)部溫度達到一億K到兩億K時，氦聚變開始了，由于簡并態(tài)傳導的速度很快，幾秒鐘之內(nèi)核聚變就在整個氦核心中發(fā)生，并使恒星產(chǎn)生千億倍于正常恒星的能量。然后恒星核心里的氦絕大部分在這幾秒內(nèi)聚變?yōu)樘荚亍：らW結束后，恒星內(nèi)部引力收縮和核聚變壓力重新得到了平衡，內(nèi)核收縮，外殼膨脹，恒星膨脹為紅巨星，變的更大。如果按目前太陽的體積和質(zhì)量，紅巨星階段的太陽，體積會包住地球，邊界到達火星附近。
不過諸位請放心，太陽立即變?yōu)榧t巨星，只是《流浪地球》中一個假設。現(xiàn)實中的太陽按照恒星正常的壽命，50億年之后才會變?yōu)榧t巨星。那時候人類大概已經(jīng)移民到其他恒星系星球。所以大家不必杞人憂天，該吃的吃，該喝的喝，該玩的玩。珍惜當下，建設國家。
